DE2222625C3

DE2222625C3 - Thermoelectric arrangement

Info

Publication number: DE2222625C3
Application number: DE2222625A
Authority: DE
Inventors: Robert Vaesteraas Zeeck (Schweden)
Original assignee: Allmanna Svenska Elektriska AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1971-05-11
Filing date: 1972-05-09
Publication date: 1975-06-05
Also published as: DE2222625A1; DE2222625B2; SE355115B

Description

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Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Anordnung mit mehreren Halbleiterschenkeln und mehreren Wärmeaustauschern, die abwechselnd nacheinander in einem Stapel mit einer wärmeaufnehmenden und einer wärmeabgebenden Seite so angeordnet sind, daß sowohl auf der wärmeaufnehmenden Seite wie der wärmeabnehmenden Seite die Kühlrippen sämtlicher Wärmeaustauscher dieselbe rechtwinklig zur Längsrichtung des Stapels verlaufende Richtung haben, daß die Richtung der Kühlrippen auf der wärmeabgebenden Seite des Stapels zur Richtung der Kühlrippen auf der wärmeaufnehmenden Seite entgegengesetzt ist und daß jeder Halbleiterschenkel in elektrischem und thermischem Kontakt mit den danebenliegenden Wärmeaustauschern steht, bei der druckerzeugende Organe vorgesehen sind, die auf die Enden des Stapels eine den Stapel zusammenpressende Kraft ausüben, und bei der zwei in Längsrichtung des Stapels verlaufende elektrisch und thermisch isolierende Stützleisten vorhanden sind, die so ausgebildet sind, daß sie die Lage der wärmeaufnehmenden und wärmeabgebenden Wärmeaustauscher zueinander bestimmen.The invention relates to a thermoelectric arrangement with several semiconductor legs and several heat exchangers, which alternately one after the other in a stack with a heat-absorbing and a heat-emitting side are arranged so that both on the heat-absorbing side as well as the heat-absorbing side the cooling fins of all heat exchangers have the same direction perpendicular to the longitudinal direction of the stack that the direction of the cooling fins on the heat-emitting side of the stack to the direction of the cooling fins on the heat-absorbing side Side is opposite and that each semiconductor leg in electrical and thermal Contact with the adjacent heat exchangers is provided, in which the pressure-generating organs are provided are, which exert a force compressing the stack on the ends of the stack, and in the there are two electrically and thermally insulating support strips running in the longitudinal direction of the stack are designed so that they are the location of the heat-absorbing and heat-emitting heat exchangers determine each other.

Ein Problem bei thermoelektrischen Stapeln besteht darin, zu verhindern, daß der Stapel geknickt wird, wenn die Anordnung rechtwinklig zur Längsrichtung des Stapels wirkenden Kräften auf Grund des hohen erforderlichen Kontaktdruckes zwischen den Elementen ausgesetzt ist. Eine Knickung würde zu einem Bruch der in dem Stapel enthaltenen Haibleiterschenkel führen.A problem with thermoelectric stacks is preventing the stack from being kinked, when the arrangement is perpendicular to the longitudinal direction of the stack due to the high forces required contact pressure between the elements is exposed. A kink would become one Breakage of the semiconductor legs contained in the stack to lead.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 915 314 ist eine thermoelektrische Anordnung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Wärmeaustauscher mit ihren Kühlrippen und den zwischen ihnen liegenden Halbleiterschenkeln übereinandergestapelt werden und dann durch zwei elektrisch und thermisch isolierende Stützleisten mit U-Profil, die von entgegengesetzten Seiten gegen den Stapel gelegt sind, zusammengehalten werden. Die U-förmigen Stützleisten sind von drei Seiten von den Kühlrippen umgeben. Bei dieser bekannten Anordnung ist die Montage schwierig, da die Wärmeaustauscher zunächst mehr oder weniger frei stehend gestapelt werden müssen. Außerdem ist es bei dieser Anordnung nicht möglich, mehrere Stapel von Wärmeaustauschern zu einer größeren Einheit miteinander zu verbinden.From the German Offenlegungsschrift 1 915 314, a thermoelectric arrangement of the type mentioned at the beginning Kind of known in which the heat exchangers with their cooling fins and those between them Semiconductor legs are stacked on top of each other and then by two electrically and thermally insulating Support bars with U-profile, which are placed against the stack from opposite sides, held together will. The U-shaped support strips are surrounded on three sides by the cooling fins. At this known arrangement, assembly is difficult because the heat exchanger initially more or less must be stacked free-standing. In addition, with this arrangement it is not possible to have multiple stacks of heat exchangers to combine to form a larger unit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die Montage bzw. Demontage der Stapel sich sehr einfach gestaltet, mehrere Stapel in einfacher Weise zu größeren Einheiten verbunden werden können und eine sehr gute Steifigkeit der Stapel erreicht wird.The present invention is based on the object of providing an arrangement of the type mentioned at the beginning to develop, in which the assembly or disassembly of the stack is very simple, several stacks in can be easily connected to form larger units and the stack is very rigid is achieved.

Zur Lösung dieser Aufgabe wii d eme Anordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ebenen der Kühlrippen parallel zur Längsrichtung des Stapels verlaufen, daß die Stützleisten an zu den Kühlrippen parallelen Seiten des Stapels angeordnet und mit Nuten für die Wärmeaustauscher versehen sind.To solve this problem, the arrangement of the Proposed type mentioned at the outset, which is characterized according to the invention in that the levels of Cooling fins run parallel to the longitudinal direction of the stack so that the support strips are parallel to the cooling fins Sides of the stack are arranged and grooved for the heat exchangers.

Ferner können die Stützleisten eine in ihrer Längsrichtung verlaufende Nut haben, die zur Aufnahme einer die Anordnung zusammenhaltenden Zugstange dient. Die Form der Stützleiste kann ferner so gestaltet werden, daß sie eine ganz oder teilweise umschließende Wand für einen oder zwei Kanäle bildet, die sich an den Seiten der Anordnung befinden, an denen die Wärmeaustauscher angeordnet sind. Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Halbleiterschenkel ein in seiner Lage fixiertes elektrisch und thermisch isolierendes Bauteil vorgesehen ist, das gleichzeitig eine dichtende Einheit zwischen jeweils zwei wärmeaufnehmenden oder jeweils zwei wärmeabgebenden Wärmeaustauschern bildet.Furthermore, the support strips can have a groove running in their longitudinal direction, which is used for receiving a tie rod that holds the arrangement together is used. The shape of the support bar can also be designed be that it forms a fully or partially enclosing wall for one or two channels that are attached to the Sides of the assembly are located on which the heat exchangers are arranged. A further training of the The invention is characterized in that for each semiconductor leg one electrically fixed in its position and thermally insulating component is provided, which at the same time a sealing unit between each forms two heat-absorbing or two heat-emitting heat exchangers.

Durch die Erfindung erreicht man eine einfache und schnelle Montage der einzelnen Wärmeaustauscher. Durch einfache Verschiebung in den Nuten erreicht man eine Positionsveränderungsmöglichkeit für jede in die Anordnung eingehende Einheit. Ferner erreichtThe invention achieves a simple and quick assembly of the individual heat exchangers. A position change option for each in the arrangement incoming unit. Also achieved

man eine Dichtung entlang der Wärmeaustauscher an den in Längsrichtung verlaufenden Kanten des Stapeis und einen Isolierungskanal für an einen äußeren Rahmen angeschlossene und an dem Stapel entlanglaufende Zugstangen. Außerdem können die Stützleisten eine Befestigungsvorrichtung für einen ganzen Stapel bilden oder Teile eines um die Anordnung angebrachten Gehäuses sein und außerdem eine Führung für die in die Anordnung eingehenden Bauteile zur Fixierung der Halbleiterschenkel bilden. Diese Bauteile sind Vorzugsweise so ausgebildet, daß sie einen dichtenden Teil zwischen zwei in Längsrichtung des Stapels nacheinander auf derselben Seite des Stapels herausragenden Wärmeaustauschern bilden.put a seal along the heat exchanger on the longitudinal edges of the stack and an isolation channel for those connected to an outer frame and running along the stack Tie rods. In addition, the support strips can form a fastening device for an entire stack or be part of a housing attached to the assembly and also a guide for the into the Form arrangement incoming components for fixing the semiconductor legs. These components are preferred designed so that they have a sealing part between two in the longitudinal direction of the stack one after the other form protruding heat exchangers on the same side of the stack.

Durch die Anordnung von Nuten auf beiden Seiten der Stützleisten können mehrere Stapel in einfacher Weise zu einer großen Einheit zusammengesetzt wer den.By arranging grooves on both sides of the support strips, several stacks can be made more easily Be put together to form a large unit.

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigtThe invention is to be explained in more detail using the exemplary embodiments shown in the figures. It shows

F i g. 1 ein Detail der thermoelektrischen Anordnung, F i g. 1 a detail of the thermoelectric arrangement,

Fig.2 mehrere miteinander verbundene Stapel im Querschnitt, umgeben und befestigt in einem Gehäuse,Fig.2 several interconnected stacks in the Cross-section, surrounded and fastened in a housing,

Fig.3 eine Seitenansicht der thermoelektrischen Anordnung und3 shows a side view of the thermoelectric arrangement and

Fig.4 teils einen Schnitt A-A aus Fig.3 und teils eine Draufsicht der thermoelektrischen Anordnung.FIG. 4 partly a section AA from FIG. 3 and partly a plan view of the thermoelectric arrangement.

F i g. 1 zeigt Details eines in die thermoelektrische Anordnung eingehenden Stapels, bestehend aus Stützleisten 1, Wärmeaustauschern 2 und Halbleiterschenkeln 3 (in F i g. 1 nicht sichtbar). Die Stützleisten 1 sind mit Nuten 4 und 7 versehen. An den Wärmeaustauschern 2 befinden sich Federn 5, die in die Nuten 4 der Stützleisten 1 passen, wobei bei der Montage der Anordnung die Wärmeaustauscher 2 in diese Nuten 4 geschoben und auf diese Weise ihre Lage im Verhältnis zu den entgegengerichteten Wärmeaustauschern auf der entgegengesetzten Seite des Stapels so bestimmt werden kann, daß jeder Wärmeaustauscher eine zwischen die Stützleisten geschobene Partie 6 erhält Die Halbleiterschenkel 3 sind dann, wie in den übrigen Figuren gezeigt, zwischen diesen Partien 6 eingespannt Die Nut 7 in den Stützleisten 1 ist für Zugstangen 8 vorgesehen, deren Enden mit an den Enden des Stapels befindlichen Jochen 18 verbunden sind, was aus F i g. 4 hervorgehtF i g. 1 shows details of a stack which is included in the thermoelectric arrangement and consists of support strips 1, heat exchangers 2 and semiconductor legs 3 (not visible in FIG. 1). The support strips 1 are provided with grooves 4 and 7. On the heat exchangers 2 there are springs 5, which are in the grooves 4 of the Support strips 1 fit, the heat exchangers 2 being pushed into these grooves 4 during the assembly of the arrangement and in this way their position in relation to the opposing heat exchangers the opposite side of the stack can be determined so that each heat exchanger is one between the support strips pushed part 6 receives the semiconductor legs 3 are then, as in the other figures shown, clamped between these parts 6. The groove 7 in the support strips 1 is for tie rods 8 provided, the ends of which are connected to yokes 18 located at the ends of the stack, which can be seen from FIG. 4th emerges

F i g. 2 zeigt im Schnitt mehrere parallel nebeneinanderliegende Stapel, bei denen die zwischen den Stapeln befindlichen Stützleisten 1 Befestigungsmöglichkeiten für das Gehäuse 9 bieten. Dieses Gehäuse 9 kann an den Schmalseiten aus Stützleisten 14 bestehen, die so ausgebildet sind, daß sie mit den beiden anderen Seiten 15 des Gehäuses 9 in Kontakt gebracht und an diesen befestigt werden können. Die innerhalb des Gehäuses liegenden Stützleisten 1 können wie die Details 11, 12 und 13 ausgebildet sein und auf diese Weise die Konstruktion verstärken. In F i g. 2 sind auch die Kühlrippen 10 der Wärmeaustauscher 2 so orientiert, daß sie einem durch die Anordnung strömenden Mittel geringsten Widerstand bieten. Auch die Stützleisten sind so angeordnet, daß sie kleinstmöglichen Widerstand bieten. F i g. 2 shows in section several stacks lying next to one another in parallel, in which the stacks between the stacks Provide support strips located 1 mounting options for the housing 9. This housing 9 can the narrow sides consist of support strips 14 which are designed so that they are with the other two sides 15 of the housing 9 can be brought into contact and attached to this. The inside of the case lying support strips 1 can be designed like the details 11, 12 and 13 and in this way the construction strengthen. In Fig. 2, the cooling fins 10 of the heat exchanger 2 are oriented so that they offer the least resistance to a medium flowing through the arrangement. The support strips are also like this arranged so that they offer the least possible resistance.

F i g. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen Stapel, der zwischen zwei Jochen 18 mittels Schraub- und Federorganen 17 eingespannt ist. In dieser Figur sind auch die zwischen den inneren Partien 6 der Wärmeaustauscher 2 eingespannten Halbleiterschenkel 3 sichtbar. Die zur Fixierung der Halbleiterschenkel 3 vorgesehenen Bauteile 16 sind im Querschnitt gezeigt. Sie bilden zugleich dichtende Organe zwischen zwei benachbarten Wärmeaustauschern, was zu einem absolut dichten Stapel führt, nachdem auch Dichtungen zwischen Stapel und Jochen angeordnet worden sind. Fig.4 zeigt einen Schnitt A-A aus Fig.3 und eine Draufsicht der Anordnung.F i g. 3 shows a vertical section through a stack which is clamped between two yokes 18 by means of screw and spring members 17. In this figure, the semiconductor legs 3 clamped between the inner parts 6 of the heat exchangers 2 are also visible. The components 16 provided for fixing the semiconductor legs 3 are shown in cross section. At the same time, they form sealing organs between two adjacent heat exchangers, which leads to an absolutely tight stack after seals have also been arranged between the stack and yokes. FIG. 4 shows a section AA from FIG. 3 and a plan view of the arrangement.

Durch die Erfindung ist es möglich, Stapel sehr großer Länge aufzubauen. Der Länge der Stapel werden nur Grenzen durch ihr Gewicht und ihre Handhabungsmöglichkeit gezogen. The invention makes it possible to build stacks of very great length. The length of the stack will be limits are only drawn by their weight and their ease of use.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Thermoelectric arrangement with several semiconductor legs and several heat exchangers, alternating one after the other in a stack with a heat-absorbing and a heat-emitting one Side are arranged so that both on the heat-absorbing side as the heat-emitting side, the cooling fins of all heat exchangers the same at right angles to Longitudinal direction of the stack have direction that the direction of the cooling fins on the heat-emitting Side of the stack opposite to the direction of the cooling fins on the heat-absorbing side and that each semiconductor leg is in electrical and thermal contact with the adjacent heat exchangers, are provided in the pressure-generating organs that “On the ends of the stack a compressing the stack Apply force, and in the case of the two running in the longitudinal direction of the stack electrically and thermally insulating support strips are provided, which are designed so that they are the location of the heat-absorbing and heat-releasing heat exchangers determine each other, characterized in that the planes of the cooling fins (10) run parallel to the longitudinal direction of the stack that the support strips (1) on to the cooling fins arranged parallel sides of the stack and provided with grooves (4) for the heat exchanger (2) Are and that the heat exchangers (2) are provided with springs (5) that fit into these grooves (4).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the support strips (1) have a groove (7) extending in its longitudinal direction, leading to the A tie rod (8) holding the arrangement together is used.

3. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the support strips (1) Have such a shape that they form a completely or partially enclosing wall for one or i forms two channels which are located on the sides of the assembly where the heat exchangers (2) are arranged.

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that for each Semiconductor leg (3) an electrically and thermally insulating one fixing it in its position Component (16) is provided, which at the same time a sealing unit between two heat-absorbing or two heat-emitting heat exchangers (2) in each case.